1、二甲醚清洁燃料均质压燃燃烧数值模拟研究 I摘 要均质充量压缩着火（HCCI）燃烧，作为一种能有效实现高效低污染的燃烧方式，能够使发动机同时保持较高的燃油经济性和动力性能，而且能有效降低发动机的 NOx和碳烟排放。此外 HCCI 燃烧的一个显著特点是燃料的着火时刻和燃烧过程主要受化学动力学控制，基于这个特点，发动机结构参数和工况的改变将显著地影响着 HCCI发动机的着火和燃烧过程。本文以新型发动机代用燃料二甲醚（DME）为例，对HCCI 发动机燃用 DME 的着火和燃烧过程进行了研究。研究采用由美国 Lawrence Livermore 国家实验室提出的 DME 详细化学动力学反应机理及其开发的
2、 HCT 化学动力学程序，且 DME 的详细氧化机理包括 399 个基元反应，涉及 79 个组分。为考虑壁面传热的影响，在 HCT 程序中增加了壁面传热子模型。采用该方法研究了压缩比、燃空当量比、进气充量加热、发动机转速、EGR 和燃料添加剂等因素对 HCCI 着火和燃烧的影响。结果表明，DME 的 HCCI 燃烧过程有明显的低温反应放热和高温反应放热两阶段；增大压缩比、燃空当量比、提高进气充量温度、添加 H2O2、H 2、CO 使着火提前；提高发动机转速、采用冷却 EGR、添加 CH4、 CH3OH 使着火滞后。关键词：均质充量压缩着火，化学动力学，数值模拟，二甲醚，EGR 小二号 黑体摘要
3、正文小四号宋体，首行缩进二个字，设置段前为 12 磅，段后为 12 磅，字数150 字，1.25 倍行距。五号黑体小四号宋体，逗号分开，最后一个关键字后面无标点符号。页面设置：左，右，下边距为 2.5 厘米，上边距为 2.8 厘米，页眉和页脚均为 2厘米黑体小五号二甲醚清洁燃料均质压燃燃烧数值模拟研究 IIABSTRACTHCCI (Homogenous Charge Compression Ignition) combustion has advantages in terms of efficiency and reduced emission. HCCI combustion can n
4、ot only ensure both the high economic and dynamic quality of the engine, but also efficiently reduce the NOx and smoke emission. Moreover, one of the remarkable characteristics of HCCI combustion is that the ignition and combustion process are controlled by the chemical kinetics, so the HCCI ignitio
5、n time can vary significantly with the changes of engine configuration parameters and operating conditions. In this work numerical scheme for the ignition and combustion process of DME homogeneous charge compression ignition is studied. The detailed reaction mechanism of DME proposed by American Law
6、rence Livermore National Laboratory (LLNL) and the HCT chemical kinetics code developed by LLNL are used to investigate the ignition and combustion processes of an HCCI engine fueled with DME. The new kinetic mechanism for DME consists of 79 species and 399 reactions. To consider the effect of wall
7、heat transfer, a wall heat transfer model is added into the HCT code. By this method, the effects of the compression ratio, the fuel-air equivalence ratio, the intake charge heating, the engine speed, EGR and fuel additive on the HCCI ignition and combustion are studied. The results show that the HC
8、CI combustion fueled with DME consists of a low temperature reaction heat release period and a high temperature reaction heat release period. It is also founded that increasing the compression ration, the equivalence ratio, the intake charge temperature and the content of H2O2, H2 or CO cause advanc
9、ed ignition timing. Increasing the engine speed, adoption of cold EGR and the content of CH4 or CH3OH will delay the ignition timing.Key words: HCCI, chemical kinetics, numerical simulation, DME, EGR小二号 Times New Roman 居中加黑小四号 Times New Roman, 首行缩进二个字，1.25 倍行距,设置段前为 12 磅，段后为 12 磅，英文500 印刷字符五号 Times
10、New Roman 加黑小四号 Times New Roman，各关键词之间逗号分开，逗号后加一空格。二甲醚清洁燃料均质压燃燃烧数值模拟研究 III目 录1 绪论-11.1 HCCI的数值模拟研究现状-1-1.4 本章小结-12 DME均质充量压燃着火的数值模拟方法-22.1 二级标题-2-3 结论-4参考文献-5致谢-6目录设置段前为 0 磅，段后为 12 磅，小二号 黑体 居中目录要求列出一、二级标题，一级标题用黑体四号，二级标题用黑体小 4 号。二甲醚清洁燃料均质压燃燃烧数值模拟研究 11 绪论随着汽车工业的发展和汽车保有量的增加,汽车在大量消耗石油燃料的同时,尾气排出的有害气体还严重地
11、污染了人们赖以生存的大气环境,实现能源与环境长期可持续发展是摆在汽车和内燃机工作者面前的重大课题。环保和能源是发动机工业需要解决的两个主要问题。目前，随着人们对环境污染重视程度的日益提高，各国越来越重视环境保护，现在已制定了将NO x和PM视为大气污染源的强化法规，如美国加州在1998年生效的一项超低排放汽车法规规定汽车的NO x+HC排放2.5g/bph-hr , PM排放0.05g/bph-hr。为满足严格的排放要求，研究人员在各个相关领域进行了大量的研究工作，改进发动机的燃烧系统作为一个重要解决途径，也取得了一定进展 1。传统汽油机均质混合气,尾气排放污染物主要包括氮氧化物(NO x)、
12、碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO) ,可以通过三效催化后处理加以解决, 但要达到欧 IV 及其以上标准仍存在较大困难,且汽油机的热效率低,在中低负荷工作时还有较大的泵气损失。柴油机热效率高,但排气中的 NOx 和碳烟微粒排放物(PM)却难以折中,使用一种排放物减少的措施,往往导致另一排放物的增加。由于柴油机总体上富氧燃烧, NOx 的催化处理技术尚未成熟。汽油机和柴油机的燃烧方式都不能解决碳烟和氮氧化物生成的 trade-off 关系,因而很难在这两种燃烧模式下通过改进燃烧来同时大量降低碳烟和氮氧化物的生成。1.1 HCCI 的数值模拟研究现状HCCI 发动机的着火与燃烧过程与传统的火花塞点
13、火式和压燃式发动机有着本质的区别，在 HCCI 发动机的着火燃烧过程中，燃料的化学反应动力学起着至关重要的作用。因此，相对于传统发动机数值模拟研究主要侧重于湍流混合与燃烧模型而言，HCCI 发动机燃烧模拟的焦点主要集中在燃料的反应机理和化学动力学模型上。1.1.1 HCCI数值模拟模型目前HCCI数值模拟研究主要集中在单区、多区和多维模型上 2。本节将从这三方面分别予以介绍：(1）单区模型(2) 双区和多区模型(3) 多维模型一级标题小二号黑体居中，段前0 磅，段后 12 磅。每一章另起页章节采用三级标题，用阿拉伯数字连续编号，例如 1，1.1，1.1.1。二级标题宋体四号，左对齐，段前距 1
14、2 磅，段后距 0 磅正文: 中文为小四号宋体，英文为 Times New Roman，首行缩进二个字，1.25 倍行距。参考文献标注用中括号，以上标的形式标注。三级标题黑体小四号书写左对齐，段前距 12磅，段后距 0 磅对总项包括的分项采用（1） 、(2)、（3）的序号。二甲醚清洁燃料均质压燃燃烧数值模拟研究 22 DME均质充量压燃着火的数值模拟方法2.1 二级标题正文内容2.1.1 三级标题正文内容（2-1 ） （2-2）表2-1 选取组分的热力学性质组分 Hf(kcal/mol) Sf(kcal/mol) Cp(kcal/mol)正文:中文小四号宋体，英文用小四号 Times New
15、Roman，首行缩进二个字，1.25 倍行距。较长的公式，如必须转行时，最好在等号处转行,如做不到这一点,要在+，-， 等数学符号处转行。数学符号应写在转行处的行首。上下式尽可能在等号“” 处对齐。表名位于表的正上方，用宋体小五号粗体Kkkm1公式应另起一行，正文中的公式、算式或方程式等应编排序号，公式按章节顺序编号。公式序号必须连续，不得重复或跳缺。重复引用的公式不得另编新序号。 Kfyxnfxfyfyf n)0,(!1),(!2)0,(!)0(),(2，二甲醚清洁燃料均质压燃燃烧数值模拟研究 3A1A2A3100 100 100二甲醚清洁燃料均质压燃燃烧数值模拟研究 4续表 2-1组分 H
16、f(kcal/mol) Sf(kcal/mol) Cp(kcal/mol)A4A5A6A7A8100 100 100图 2-1 气缸压力随曲轴转角变化的曲线表题允许下页接写，接写时表题省略，表头应重复书写，并在右上方写“续表 xx”。;图名位于图的正下方，用宋体小五号加粗;图表按章编号，例如表 2-7 为第二章第七个表;图 3-1 为第三章第 1 个图。二甲醚清洁燃料均质压燃燃烧数值模拟研究 55 结论正文内容中文小四号宋体，英文用小四号 Times New Roman，首行缩进二个字，1.25 倍行距。二甲醚清洁燃料均质压燃燃烧数值模拟研究 6参考文献1. 蒋有绪,郭泉水,马娟,等远程教育概
17、论M)北京：中央广播电视大学出版社，200149-532 瞿秋白现代文明的问题与社会主义 A.罗荣渠.从西化到现代化C，北京，北京大学出版社，1990.121-1333 张志祥. 间断动力系统的随机扰动及其在守恒律方程中的应用D. 北京: 北京大学数学学院,1998:50-55.4 吴中福，马有志，田进等基于 Web 的远程教育管理及其实现 IJ)计算机应用，1998，18(8)： 6-85 丁文祥. 数字革命与竞争国际化N. 中国青年报,2000-11-20(15).6 江向东. 互联网环境下的信息处理与图书管理系统解决方案J/OL. 情报学报,1999,18(2);42000-01-18.
18、http:/ CHRISTINE M. Plant physiology:plant biology in the Genome Era J/OL .Science, 1998,281: 331-3321998-09-23.http:/www.sciencemag.org/cgi/collection/anatmorp.报纸中析出的文献小二号黑体居中，段前 0 磅，段后 12 磅书籍：序号作者（用逗号分隔）书名版本号（初版不写） 出版地：出版社，出版年论文集：序号作者（用逗号分隔） 题名见（英文用 In）：主编论文集名出版地：出版社，出版年，起始页码终止页码学位论文：序号作者题名博士（硕士/学士）学位论文保存地：保存单位，授予年期刊：序号作者（用逗号分隔）题名刊名出版年，卷号：（期号） ，起始页码终止页码电子文献二甲醚清洁燃料均质压燃燃烧数值模拟研究 7致 谢正文内容小二号黑体居中段前 0 磅，段后 12 磅中文五号宋体或小四号，英文用五号 Times New Roman，首行缩进二个字，单倍行距。致谢内容应实事求是，客观公正。
